解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年

过去几年,台积电的SGM稳定进步,换句话说,同样一个产能利用率,每年的GM都更高,而标准产能利用率,也一直维持得很高,因此结构获利能力也持续进步。
解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年

   编按:台湾晶圆代工龙头台积电7日向投审会递交申请书,将赴中国南京设12吋晶圆厂,台积电被视为台湾半导体重要命脉,此举因而引起外界一片譁然。姑且不论登陆与否,你对台积电了解多少?资深前分析师Richard从财务面、技术面、竞争力分析等角度深度解析台积电,《科技新报》取得独家授权,4篇专文报导,带你趁势了解这间台湾举足轻重的半导体巨擘。

解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年
 
  台积电3Q15营收2,125E,+3.4QoQ,12吋wafer约当出货量2,216K,-1%QoQ,毛利率(GM)从上季48.5%微降到48.2%,营业利益率(OPM)从2Q15季的37.5%微降到3Q15的36.9%,营业利益(OP)从1Q15季866E降到2Q15的771E。GM和OPM都在公司财测范围内。税后净利753E,EPS2.9元。

  根据公司揭露的资料推估,3Q15总产能约2,300K12″约当晶圆,出货量产能利用率(Utilization;UTR)约95%,低于1Q15的102%和2Q15的98%,推估BlendedASP估计US$2,935,和上季持平。3Q15制程别产品组合和上季比较变动不大,16nm+20nm共21%(估计16nm2%,20nm19%)、28nm27%,28nm以下制程比率合计48%。

  公司guidance4Q15营收2,010~2,040E,GM47.5~49.5%,OP36.5~38.5%。假设4Q15产能2,368K,出货量2,068K,产能利用率将降到86%,ASP假设持平,则营收约2,030E,-4~5%QoQ。产能利用率降了9%,毛利率还能维持住,表示台积电4Q15的良率,尤其是强劲rampup的16nm制程,应该有非常显著的进步,才能抵销产能利用率下滑的负面影响。

解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年
解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年

  结构获利能力持续进步

  台积电近年的结构获利能力(structuralprofitability)持续进步,结构获利能力由两个部份组成:

  标准毛利率(standardgrossmargin,SGM):特定产能力用率之下的毛利率。

  标准产能利用率(standardutilization):台积电企图达到或超过的产能利用率。

  过去几年,台积电的SGM稳定进步,换句话说,同样一个产能利用率,每年的GM都更高,而标准产能利用率,也一直维持得很高,因此结构获利能力也持续进步。结构获利能力和整体的长期CAPEX产能投资正确与否、或景气突然热络或低落所造成的产能利率用过高或过低无关,代表的是日常营运能力、公司内部的能力和外部大环境的变化、以及公司对外部环境的预测能力,比较无关。台积电的结构获利能力的进步,来自于以下3方面的努力,让成本持续下降。

  工厂营运管理持续创新,带来的生产力和效率提升,也让设备更有效的被使用。

  先进制程产能扩张,非常谨慎小心。虽然这几年还是有大量CAPEX扩充产能,因台积电和大客户已成伙伴关系,新制程产能投资,都能配合客户的产品规划和产能需求,不像后进者,只能先投资制程产能,再来争取客户的secondsource。

  这几年每一代新制程的良率提升速度稳定进步。新制程量产后一、两年,毛利率往往低于公司平均数,因此,每代新制程的良率提升速度,对全公司的整体毛利率影响很大。

  从财报上来观察结构获利能力的变化。我们将3Q15营业成本(COGS)1,102E分成两块,「折旧摊提」=561E和「其他营业成本」=540E,半导体公司大部份的折旧发生在COGS的厂房机器设备,少部份发生在OPEX办公设备,这里简化都计入COGS,将折旧摊提/wafer出货量,=每片wafer折旧成本US$795,约略等于2Q15的US$791,(折旧/wafer)影响因素包括:1.总折旧摊提金额、2.产能利用率、3.产能的制程组合、4.出货的制程组合。

  通常采用越先进制程生产的晶圆,因为设备越昂贵,以及cycletime越长,每片wafer分担的折旧金额越高,这也是3Q14和4Q14当20nm比率大幅上升的时候,(折旧/wafer)暴增到US$800以上的原因,随后1Q15~3Q1520nm比率维持在15~20%,总折旧摊提金额降低,(折旧/wafer)下降到US$769、US$791和US$795,预料未来一年,随着更多20nm和16nm设备投产认列折旧,以及16nm制程产品cycletime长达3个月,(折旧/wafer)未来接近或超过US$800将成为常态,一旦不景气产能利用率跌破90%时,(折旧/wafer)更可能高于US$850,也就是说,先进制程虽然ASP高,分摊设备折旧也高,加上cycletime长,metal和poly层数更多,耗用的材料成本也更多,量产初期几季,良率还不够好的时候,往往GM反而低于成熟制程。

解析台湾半导体巨擘(一)──16nm 良率持续进步,台积电看旺明年
 
  将3Q15(其他营业成本/wafer出货量),=每片wafer其他营业成本US$765,比1Q15的US$792低,而比2Q15的US$740高,这个数字,最能看出一家半导体公司的真正工厂效率和经营绩效,有点类似EBITDAmargin的观念,但直接算成perwafer的数字,更为实际,其他营业成本,主要是制程中消耗的原材料、设备/设施/无尘室维持、线上工程师和作业员等,和会计上的变动成本接近,但有些项目,理论上可变动,实务上不太能变动,例如直接人工、工厂维持等,还是要算在(其他营业成本/wafer),影响因素包括:

  生产效率,例如各厂区、各机台和产品的最适当分配、各机台的普遍嫁动率、产品总良率和各单站机台良率、工厂layout等,尤其是foundry厂,有几百个不同制程的产品在各工厂里面跑,要最佳化的安排这些多种少量的产品,最能显现出台积电这种专业foundry和SamsungLSI这种IDMfoundry管理效率的差距,这一、两年台积电开始将一些productlifecycle长的客户产品,自行在淡季时增加投片量,降低生产高低波动,也是提高生产效率的一个做法;

  制程组合和cycletime,越先进制程耗用的材料越多,有些材料耗用和先进制程成正比(例如光阻剂),有些材料和制程比较无关,但先进制程layer数多,多做几layer本来就会用更多材料、更多人力时数、更多厂房设施维持成本(气体水电环保等)。

  良率。

  产能利用率的影响不若(折旧/wafer)大,但仍有些许影响。依据台积电法说会给的4Q15guidance,计算出4Q15的(其他营业成本/wafer)将下降到US$715,在16nm制程放量、产能利用率下降的情况下,这个数字还能下降,表示16nm、20nm甚至主流的28nm良率,应有明显进步,带来相当的costdown效果。

  半导体景气调整,2016年温和成长

  2015年全球经济成长趋于缓和,终端产品需求不振,全球Smarphone约成长10%、PC衰退6~7%、TabletPC衰退15%,半导体市场,年初展望乐观,下单积极,2Q15中期之后,逐渐发现景气有变数,下单转趋保守,但对于年中旺季还有期待,2H15forecast不敢砍太多,到3Q15中期确定今年景气不佳,库存偏高,厂商纷纷大幅下修9~12月的订单,严格控制库存。终端产品需求不振,让半导体产业库存调整时间拉长,2015年全球半导体市场大概只有零成长,预料到2015年底或1Q16季中,才有机会消化完毕,而于2Q16恢复比较健康的成长轨道,预估2016年半导体成长3%。

  2016~2017年,除了总体经济之外,半导体产业的成长动力,来自于以下几个方面:

  高阶手机的半导体含量(siliconcontent)继续成长:手机市场明显M型化,高阶手机这几年,性能快速提升,CPU/GPUperformance已经追上低阶PC、MobileDRAM和NANDFlash容量接近PCDRAM和SSD容量,其他如CMOSsensor、basebandModem、LCD解析度都让半导体含量持续成长,不但半导体含量增加,基于performance、power和cost考量,高阶手机对先进制程的需求还是十分强烈,这个趋势对先进制程技术、产能和服务都相对领先的台积电有利。

  物联网(InternetofThings)逐渐成型:最先看到有量应用领用,例如汽车、无人机、机器人、穿戴式装置等,虽然这些产品用到的制程多是成熟制程,半导体含量也不高,但是数量庞大,当联网的东西巨量成长之后,背后所需要的运算和储存能量也将成长,包含资料中心、伺服器、网路处理器、CPU/GPU、影像处理等,这些则需要半导体先进制程。

  主导新应用的系统公司:以往,foundry的客户最大是FablessIC设计公司、其次是IDM、系统公司(sysemhouses)非常少,只有Microsoft、Sony、Cisco等少数几家。但Apple自从涉入AP处理器之后变成foundry超大客户之后,未来将看到越来越多大型系统公司,或者因为想掌控供应链、或者因为市面上的标准IC(ASSP)不符合本身的应用需求,像Apple一样,开始成立IC设计部门,设计自身产品需要的ASIC,例如华为/海思集团、LG集团,在foundry的投片量越来越大。

  20nm和16nm制程良率大幅改善,2016年16FFC推进主流市场

  台积电的先进制程近年来仅落后英特尔,但领先IBM联盟的SamsungLSI和GlobalFoundries。英特尔早在22nm制程技术,就开始使用3DTri-gatetransistors,14nmTri-gate也在2014就量产。台积电和Samsung都是到14/16nm才导入3DFinFETtransistors,并且到2015年才量产。

  SamsungLSI这两年靠AppleAP大订单练兵,在32/28nm制程逐渐赶上台积电,当时台积电继28nm取得技术和市场的主导地位后,接下来发展的20nm,更几乎是垄断地位,SamsungLSI自认20nm已经来不及,加上判断20nm还是用2Dplanartransistors,performance/cost不会很好,制程技术生命周期不长,22/20nm仅有研发和自制in-houseAP,数量不多,没有外接foundry订单,而把主力直攻14nmFinFET,原本外界质疑没有经过22/20nm的大量产经验,直接发展14nm本来就很困难,又采用新的3DFinFETtransistors,应该不会很顺利,没想到Samsung真的做到了,首度在14nmFinFET制程领先台积电于1Q15量产,率先生产自家ExynoxAP,接着生产AppleA9和QualcommSnapdragon820,使得台积电公开承认2015年14/16nm制程foundry市场市占率将首度落后竞争对手。

  台积电20nm(20SoC)经验和良率持续进步,在2015全年扮演重要的业绩贡献角色,但2016年因为主要的20nm业务将转进到16nm,20nm将衰退,虽然不会消失,仍将是一个长期生存的制程技术(long-livednode),只是因为部份需求转移到16nm,台积电的部份20nm制程设备也将转为用于16nmFinFET制程产品。

  台积电的16nmFinFET+(16FF+)制程,策略上是将16nm视为20nm的延伸,使用和20nm相同的「metalbackendprocess」,虽然scaling等规格上比不上Samsung的14nm,制作的晶片diesize较大,但因为是延续20nm技术,不仅可以充分利用20nm的量产经验缩短学习曲线,而且90%以上的设备可以共用。台积电的16nmFinFET+制程产品已经于2Q15正式量产,7月开始小量出货,3Q15逐渐增大的投产量,将于4Q15大量出货贡献营收,研判4Q15时16nmFinFET+的良率应可大幅拉升。新产品(AppleiPhone6s/6s+用的A9AP)量产动能可持续到1H16。台积电预测2016年全年的16nm制程营收,将比2015年的20nm营收,还要大很多,并将于2016年重新取得主要地位的市占率(14/16nm)。至于20nm台积电仍是唯一大量产的foundry。如果用16nm+20nm一起看,无论是2015或2016年,台积电都是最大的主要供应商。

  台积电正在开发新版16nmFinFETC(16FFC)制程,C的意思是compact,在performance、power(降低漏电)和area(diesize)都比16nmFinFET+改进,并能在0.6V以下执行,透过制程简化让cycletime缩短。即使性能大幅改进,原先基于16FF+制程的晶片设计,还是可以很容易的转换成16FFC制程,16FFC的市场定位为mainstream和ultralowpower,意味在performance的改进,没有power和cost那么多。
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